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ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE
INGENIEROS DE MINAS
GRADUADO EN INGENIERÍA DE LOS RECURSOS
ENERGÉTICOS, COMBUSTIBLES Y EXPLOSIVOS
PROYECTO FIN DE GRADO
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA GEOLÓGICA Y
MINERA
ANÁLISIS DE SISTEMAS DE
PROTECCIÓN Y SEGURIDAD DE
MUROS DE VIDRIO FRENTE A
CARGAS EXPLOSIVAS
EDUARDO LÓPEZ BAYÓN ENERO 2015
2
Índice
DOCUMENTO Nº 1: MEMORIA ..................................................................................................... 7
1. Objetivos y alcance .................................................................................................................... 8
2. Antecedentes ............................................................................................................................ 9
2.1 NORMAS ............................................................................................................................ 11
2.1.1 ISO 16933 ................................................................................................................... 11
2.1.2 GSA TS01 .................................................................................................................... 13
2.1.3 UNE ............................................................................................................................. 15
2.2 ENSAYOS ............................................................................................................................ 16
2.2.1 GLASS-GARD GGL800 Multi-ply .................................................................................. 16
2.2.2 sec08 multy-ply window film ..................................................................................... 19
3. Ensayos .................................................................................................................................... 21
3.1 Localización ....................................................................................................................... 21
3.2 Fase constructiva ............................................................................................................... 23
3.2.1 Fase constructiva ensayo MV1: muro cortina y pegatina exterior ............................ 25
3.2.2 Fase constructiva ensayo MV2: sistema kalzip interior y exterior ............................ 27
4. Carga explosiva ........................................................................................................................ 29
4.1 Proceso de detonación y expansión .................................................................................. 29
4.2 Detalles de la carga explosiva ........................................................................................... 31
5. Instrumentación ...................................................................................................................... 33
5.1 Acelerómetros ................................................................................................................... 34
5.2 Captadores de presión ...................................................................................................... 35
5.3 Sismógrafos ....................................................................................................................... 38
5.4 Cámara de alta velocidad .................................................................................................. 40
5.5 Sistemas de adquisición de datos ..................................................................................... 42
6. Resultados ............................................................................................................................... 43
6.1 Estructura MV1 ................................................................................................................. 43
6.1.1 BOX A .......................................................................................................................... 43
6.1.2 BOX B .......................................................................................................................... 45
6.2 Estructura MV2 ................................................................................................................. 47
6.2.1 BOX A .......................................................................................................................... 47
6.2.2 BOX B .......................................................................................................................... 49
6.3 Captadores de presión ...................................................................................................... 51
6.3.1 Captadores MV1 ......................................................................................................... 55
3
6.3.2 Captadores MV2 ......................................................................................................... 59
6.4 Sismógrafos ....................................................................................................................... 64
6.4.1 Sismógrafo MV1 ......................................................................................................... 64
6.4.2 Sismógrafo MV2 ......................................................................................................... 64
6.5 Acelerómetro .................................................................................................................... 65
6.5.1 Acelerómetro MV1 ..................................................................................................... 65
6.5.2 Acelerómetro MV2 ..................................................................................................... 66
6.6 Cámaras ............................................................................................................................. 67
6.6.1 Cámara convencional MV1 ........................................................................................ 67
6.6.2 Cámara convencional MV2 ........................................................................................ 68
6.6.3 Cámara de alta velocidad ........................................................................................... 69
7. Conclusiones............................................................................................................................ 74
7.1 ENSAYO MV1 ..................................................................................................................... 74
7.2 ENSAYO MV2 ..................................................................................................................... 74
8. BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................................... 76
DOCUMENTO Nº 2: ESTUDIO ECONÓMICO ................................................................................ 77
Índice de figuras
Figura 1: Esquema norma ISO ................................................................................................... 12 Figura 2: Esquema norma GSA ................................................................................................. 14 Figura 3: Muros cortina para ensayo GGL800 .......................................................................... 16 Figura 4: Carga esférica situada a 33 m de los muros de muestra ............................................. 17 Figura 5: Resultado de los muros cortina finalizado el ensayo .................................................. 18 Figura 6: Muros cortina para ensayo SEC08 ............................................................................. 20 Figura 7: Ubicación geográfica de San Martín de la Vega ........................................................ 21 Figura 8: Fotografía aérea del lugar de los ensayos ................................................................... 22 Figura 9: Fotografía del lugar de los ensayos ............................................................................ 22 Figura 10: Fase constructiva de los muros cortina ..................................................................... 23 Figura 11: Muros cortina instalados en la estructura ................................................................. 23 Figura 12: Perfilería y sección de aluminio extrusionado de los muros cortina ........................ 24 Figura 13: Esquema de la composición de los muros cortina .................................................... 24 Figura 14: Ensayo MV1 con sistema Ultra S400 instalado en el Box B ................................... 25 Figura 15: Fotografía y esquema del ensayo MV1 con la carga posicionada ............................ 26 Figura 16: Sistema de bandejas metálicas kalzip rectas ............................................................ 27 Figura 17: Clips kalzip ............................................................................................................... 28 Figura 18: Robot rebordeador y bandeja kalzip instalada sobre clips kalzip ............................. 28 Figura 19: Ensayo MV2 con sistemas kalzip ............................................................................. 28 Figura 20: Evolución de la presión de una onda de choque con el tiempo ................................ 29 Figura 21: Curva (P-T) característica de una onda de choque ................................................... 30 Figura 22: Explosivo PG2 de uso militar ................................................................................... 31
4
Figura 23: Ubicación de la carga explosiva de PG2 .................................................................. 32 Figura 24: Esquema ensayos MV1 y MV2, colocación de la carga y posicionamiento de la
instrumentación ........................................................................................................................... 33 Figura 25: Acelerómetro y lugar de colocación del mismo ....................................................... 34 Figura 26: Posicionamiento del acelerómetro en los ensayos MV1 y MV2 .............................. 34 Figura 27: Curva de registro de un captador .............................................................................. 35 Figura 28: Captador de presión .................................................................................................. 35 Figura 29: Captadores de presión .............................................................................................. 36 Figura 30: Orientación de los captadores de presión para medir la onda reflejada ................... 36 Figura 31: Orientación de los captadores de presión para medir la onda incidente ................... 37 Figura 32: Micrófono usado para medir la presión de la onda aérea (conectado al sismógrafo)
..................................................................................................................................................... 38 Figura 33: Esquema de un sismógrafo ....................................................................................... 39 Figura 34: Cámara de alta velocidad (CAV) y carcasa de protección ....................................... 40 Figura 35: CAV conectada al ordenador portátil ....................................................................... 41 Figura 36: Tabla de relación entre cantidad de fotos por segundo tomadas y resolución máxima
..................................................................................................................................................... 41 Figura 37: Acondicionador de señal y sistema de adquisición de datos .................................... 42 Figura 38: Fotografía del resultado del muro cortina del Box A del ensayo MV1 .................... 43 Figura 39: Resultado del interior del Box A del ensayo MV1 ................................................... 44 Figura 40: Fotografía de perfil del resultado del muro cortina del Box A del ensayo MV1 ..... 44 Figura 41: Fotografía del resultado del muro cortina del Box B del ensayo MV1 .................... 45 Figura 42: Fotografía frontal de los muro cortina de ambos boxes conjunta e individualmente 46 Figura 43: Box A del ensayo MV2 con sistema de bandejas kalzip interior ............................. 47 Figura 44: Fotografía de perfil del resultado del muro cortina del Box A del ensayo MV2 y
distancia alcanzada por los fragmentos de vidrio proyectados ................................................... 48 Figura 45: Box B del ensayo MV2 con el sistema de bandejas kalzip exterior ......................... 49 Figura 46: Resultado del muro cortina del Box B del ensayo MV2 y situación de los
fragmentos de vidrio proyectados ............................................................................................... 49 Figura 47: Resultado del interior de los cubículos ..................................................................... 50 Figura 48: Curva de P-T registrada por los captadores .............................................................. 51 Figura 49: UFC 3-340 ................................................................................................................ 52 Figura 50: Curvas de presión extraídas del UFC 3-340 ............................................................. 53 Figura 51: Curvas de impulso extraídas del UFC 3-340 ............................................................ 54 Figura 52: Registro de los captadores P2 y P3, de la onda de choque reflejada, colocados en la
pared frontal de la estructura ....................................................................................................... 55 Figura 53: Registro de los captadores P5 y P6, de la onda de choque incidente, colocados a una
distancia de 5 y 9 metros respecto de la carga ............................................................................ 56 Figura 54: Representación de nuestros valores de presión, en el ensayo MV1, en las curvas del
UFC ............................................................................................................................................. 57 Figura 55: Representación de nuestros valores de impulso, en el ensayo MV1, en las curvas
del UFC ....................................................................................................................................... 58 Figura 56: Registro de los captadores P1, P2 y P3, de la onda de choque reflejada colocados en
la pared frontal de la estructura ................................................................................................... 59 Figura 57: Registro de los captadores P4 y P5, de la onda de choque incidente colocados a una
distancia de 7 m respecto de la carga .......................................................................................... 60 Figura 58: Representación de nuestros valores de presión, en el ensayo MV2, en las curvas del
UFC ............................................................................................................................................. 61 Figura 59: Representación de nuestros valores de impulso, en el ensayo MV2, en las curvas del
UFC ............................................................................................................................................. 62 Figura 60: Evolución de la onda de choque ............................................................................... 63 Figura 61: Registro obtenido por el acelerómetro en el ensayo MV1 ....................................... 65
5
Figura 62: Registro obtenido por el acelerómetro en el ensayo MV2 ....................................... 66 Figura 63: Secuencia del ensayo MV1-Box A y MV1-Box B. Inicio, detonación, expansión de
la onda de choque y rotura del muro cortina ............................................................................... 67 Figura 64: Secuencia del ensayo MV2-Box A y MV2-B. Inicio, detonación, expansión de la
onda de choque y rotura del muro cortina ................................................................................... 68 Figura 65: Representación de los datos obtenidos por la CAV y los valores de referencia UFC
3-340 ........................................................................................................................................... 71 Figura 66: Secuencia de la evolución del ensayo MV1 registrada por la CAV, parte 1 ............ 72 Figura 67: Secuencia de la evolución del ensayo MV1 registrada por la CAV, parte 2 ............ 73
Índice de tablas
Tabla 1: Clasificación Norma ISO ............................................................................................. 11 Tabla 2: Clasificación Norma GSA ........................................................................................... 13 Tabla 3: Clasificación Norma UNE-EN 13123 y UNE-EN 13124 de 2004 .............................. 15 Tabla 4: Clasificación Norma UNE-EN 13541 de 2012 ............................................................ 15 Tabla 5: Características de la lámina de seguridad y protección Ultra S400 ............................. 25 Tabla 6: Valores obtenidos por los captadores de presión en el ensayo MV1 ........................... 56 Tabla 7: Valores obtenidos por los captadores de presión en el ensayo MV2 ........................... 60 Tabla 8: Valores obtenidos por el sismógrafo en el ensayo MV1.............................................. 64 Tabla 9: Valores obtenidos por el sismógrafo en el ensayo MV2.............................................. 64 Tabla 10: Valores obtenidos por el acelerómetro en el ensayo MV1 ........................................ 65 Tabla 11: Valores obtenidos por el acelerómetro en el ensayo MV2 ........................................ 66 Tabla 12: Características de la CAV .......................................................................................... 69 Tabla 13: Datos de velocidad de la onda de choque obtenidos mediante la CAV, y valores de
referencia según el UFC 3-340.................................................................................................... 69 Tabla 14: Coste total de los ensayos .......................................................................................... 80
6
RESUMEN
El objetivo principal de este proyecto es el estudio y análisis de dos sistemas de
seguridad y protección para muros de vidrio en terminales de transporte, frente a ondas
de choque ocasionadas por la detonación de cargas explosivas. Se ha ensayado en
primer lugar un adhesivo de seguridad y protección ("Ultra S400") colocado en la cara
expuesta a la detonación y un sistema de bandejas metálicas ("kalzip"), tanto en el
exterior como en el interior, en el segundo ensayo. Los ensayos se han instrumentado
con captadores de presión, acelerómetros, sismógrafos y con cámaras convencionales y
de alta velocidad, ésta última nos ha permitido calcular la velocidad de choque en el
primero de los ensayos. El análisis de las presiones ha permitido caracterizar la
explosión y compararla con los valores de referencia para el TNT del manual
norteamericano UFC 3-340. El diseño de los ensayos se ha hecho conforme a las
normas ISO y GSA de modo que los resultados han permitido clasificar las diferentes
configuraciones de muro cortina ensayadas.
ABSTRACT
The main objective of this thesis is the analysis and evaluation of two safety and
protective systems for glass walls at transportation terminals, against impact waves
caused by the detonation of an explosive charge. It has been tested in first place, a safety
and protective adhesive ("Ultra S400"), located at the exposed side of the explosion, and
a system consisting of some metallic trays ("kalzip"), both inside and outside, for the
second experiment. The tests have been monitored by pressure captures,
accelerometer, seismographs, conventional cameras, and high-speed cameras, which
allow us to determine the impact speed in the first experiment. The analysis of the
pressure enables the characterization of the explosion and its comparison against typical
TNT reference values from the UFC 3-340 North American manual. The design of the
tests has been made according to ISO and GSA standards. Therefore, the results allow
us to classify different patterns of curtain walls tested.
7
ANÁLISIS DE SISTEMAS DE
PROTECCIÓN Y SEGURIDAD DE
MUROS DE VIDRIO FRENTE A CARGAS
EXPLOSIVAS
DOCUMENTO Nº 1: MEMORIA
8
1. OBJETIVOS Y ALCANCE
Una parte considerable de los heridos en atentados terroristas, en los que no se colapsa
el edificio, es debida a la proyección de fragmentos de cristales, los cuales fallan a bajas
presiones.
A consecuencia de esto, se han estudiado y analizado dos sistemas de seguridad y
protección, para muros de vidrio en estaciones de transporte con el fin de conocer su
efectividad ante cargas explosivas superficiales.
Por tanto, el objetivo de nuestro proyecto será analizar si dichos sistemas de seguridad
aumentarían la protección sobre los muros de vidrio o si su instalación no tuviese efecto
alguno frente a cargas explosivas.
Para ello, estudiaremos parámetros como los que aparecen a continuación:
Picos de presión.
La velocidad de la onda aérea.
El impulso de la onda aérea.
Rotura del muro.
Proyección de fragmentos de vidrio y su alcance.
Una vez finalizado el ensayo, compararemos los datos obtenidos, mediante la
instrumentación empleada, con valores de referencia establecidos por el UFC 3-340
para una carga explosiva de TNT tipo "surface".
Además procederemos a clasificar los muros de vidrio o muros cortina sujetos a ensayo,
según una serie de normas establecidas por organismos internacionales como la
Organización Internacional para la Normalización (ISO) o la Administración General de
Servicios (GSA). Las normas empleadas para la clasificación de los muros cortina son:
US GSA.
ISO 16933.
9
2. ANTECEDENTES
Como se ha mencionado, el objetivo de los ensayos era la valoración y comparación de
diferentes soluciones constructivas candidatas a aumentar la seguridad en muros cortina
frente a explosiones, alcanzando para tal propósito un nivel de daño intermedio. Los
ensayos se realizaron en las instalaciones del Instituto Tecnológico la Marañosa (ITM)
en mayo de 2013.
La investigación sobre el comportamiento de muros de vidrio frente a cargas explosivas,
ha llegado a ser (entre otros campos) un asunto de vital importancia, en la lucha contra
el terrorismo en la actualidad, debido a la violencia originada por actos terroristas
ocurridos en las últimas dos décadas.
Algunos de estos hechos son mencionados a continuación:
1983 & 1984. El 18 de Abril, un coche bomba suicida atacó la Embajada
Estadounidense en Beirut matando a 17 americanos. Tiempo después, la Base
Marina Estadounidense fue bombardeada muriendo en ella 241 soldados
americanos. El 20 de Septiembre, la Embajada Estadounidense fue bombardeada
matando a 17 personas e hiriendo al Embajador. Esta serie de eventos inició el
desarrollo de programas de protección tanto en el Departamento de Defensa
(DoD) como en el Departamento de Estado.
1988. Una bomba terrorista destruyó el vuelo Pan Am 103 sobre Lockerbie
matando a 270 personas. Este acto cambió el punto de vista que tenía la
Administración Federal de Aviación del terrorismo y llevo a desarrollar e
incrementar la seguridad en los aeropuertos.
1995. El 19 de Abril, un edificio Federal de la ciudad de Oklahoma fue
bombardeado, siendo asesinadas 168 personas y hubo más de 500 heridos. Antes
de este evento, dicho edificio no fue considerado en riesgo. Por lo que tras el
atentado, el Gobierno Estadounidense abrió los ojos para ver que cualquier
edificio Federal podía ser un objetivo terrorista, ya que representaba un símbolo
para los Estados Unidos.
10
2001. El 11 de Septiembre, miles de personas murieron y la economía americana
se vio afectada. Mediante dos aviones suicidas, utilizados como misiles ( ya que
se produjo el impacto con el edificio, la deflagración y posteriormente el fuego)
colisionaron con las Torres Gemelas, produciendo su derrumbe. Al mismo
tiempo, otro avión iba dirigido al Pentágono, que afortunadamente su colisión
pudo ser evitada gracias a los sistemas de seguridad disponibles en ese
momento. Después de este terrible acto, Estados Unidos declaró la guerra al
terrorismo, en una lucha larga para erradicar o minimizar la amenaza terrorista.
2004. El 11 de Marzo, a las 7.37 horas una bomba explota en un cercanías en la
estación de Atocha. Apenas un minuto después se producen otras dos
explosiones en el mismo tren. Son las 7.38 cuando explotan otras dos bombas
en un convoy en la estación de El Pozo y otra en Santa Eugenia. A las 7.39,
cuatro explosiones más destrozan otro tren a 500 metros de Atocha. En apenas
tres minutos, 10 bombas reescriben la Historia: Madrid acaba de sufrir el mayor
atentado terrorista perpetrado jamás en España, con 191 muertos y más de 1.500
heridos.
2005. El 7 de Julio, los atentados perpetrados el Londres consistieron en cuatro
estallidos de bomba entre las 8.51 y las 9.47 de la mañana. Las tres primeras
golpearon el metro londinense en las estaciones de King’s Cross, Edgware Road
y Aldgate, y la cuarta explotó en un autobús de dos pisos en Tavistock Square.
El número de muertes ascendió a 56 y hubo alrededor de 700 heridos.
Con el fin disminuir las consecuencias de estos actos, y aumentar la seguridad y la
protección frente a los mismo, se han llevado a cabo estudios e investigaciones con el
objetivo de determinar aquellos parámetros y propiedades, así como sistemas de
protección, que minimizan el riesgo y aumentan la seguridad tanto de personas como de
estructuras.
En nuestro caso, las normas y ensayos similares descritos a continuación, se centran en
el estudio de material vidrioso, así como en sistemas de protección y seguridad para los
mismos.
11
2.1 NORMAS
2.1.1 ISO 16933
Norma para vidrio en estructuras, vidrio de seguridad resistente a explosiones y, test y
clasificación para muros cortina con cargas aéreas.
Dicha norma (ISO 2007), la cual es resumida en la Tabla 1, muestra los distintos niveles
de clasificación junto con una breve descripción de cada uno de ellos, lo que nos
permite identificar a qué condición pertenece nuestro muro de vidrio.
Tabla 1: Clasificación Norma ISO
Evaluación
del riesgo Descripción Descripción
A Sin rotura No se observan fracturas en el vidrio y no hay daño visible en el sistema de
acristalamiento.
B Sin riesgo
Hay fractura en el vidrio pero es totalmente retenido por la estructura, o el sistema
de acristalamiento del marco no se rompe y tampoco el material de la cara
interior.
C Mínimo riesgo
Se observa fractura en el vidrio. Los fragmentos de la parte externa pueden
proyectarse hacia dentro o hacia fuera. No hay más de tres perforaciones en el
panel testigo y los fragmentos en el suelo entre 1 m y 3 m en el interior del
cubículo constituyen una dimensión total de 250 mm o menos. Por diseño si hay
más del 50%, pero el acristalamiento permanece firmemente anclado por los
accesorios de diseño especial, una calificación C (riesgo mínimo) podrán
concederse, siempre que se cumplan las demás limitaciones de fragmentos.
D Muy bajo riesgo
Se observa fractura en el vidrio, y se encuentra a 1 m detrás de la ubicación
original. Además, no hay más de 3 perforaciones en cualquier parte del panel
testigo vertical y, los fragmentos en el suelo entre 1 m y 3 m de la cara interior
suman una dimensión total de 250 mm o menos.
E Bajo riesgo
Se observa fractura en el vidrio, pero los fragmentos caen más allá de 1 metro y
hasta los 3 metros por detrás de la cara interior del vidrio, y no a más de 0.5
metros por encima respecto del suelo en el panel testigo vertical. También, hay
10 o menos perforaciones en el panel testigo vertical y superior a 0.5 metros sobre
el suelo.
F Alto riesgo
Se observa fractura en el vidrio y hay más de 10 perforaciones en el área del panel
de medida vertical y más alto de 0.5 metros desde el suelo, y hay una o más
perforaciones en el mismo panel de medida con una profundidad de penetración
en el mismo de 12 mm.
12
En el esquema de la Figura 1, se sitúan los distintos niveles de clasificación según la
descripción recogida en la Tabla 1, en la que se especifica la distancia y altura, a la que
se encuentran las proyecciones del material vidrioso dentro del cubículo de la
estructura.
Figura 1: Esquema norma ISO
La distancia se determina por la longitud existente entre el fragmento de vidrio y el
muro cortina, y la altura por la longitud a la que se encuentra el fragmento de vidrio
incrustado en el panel muestra, colocado en el extremo opuesto al muro de vidrio,
respecto del suelo del cubículo.
Además del estado de los muros cortina o de la distancia de los fragmentos de vidrio, la
norma ISO establece dos condiciones:
El pico de presión no debe ser menor de 7.30 psi o de 50.3 kPa.
El impulso no debe ser menor de 36 psi*ms o de 248 kPa*ms.
13
2.1.2 GSA TS01
Sistema de clasificación de vidrios sujetos a cargas aéreas explosivas, según la
Administración Estadounidense General de Servicios.
La Tabla 2, mostrada a continuación y extraída de la norma (GSA 2003), refleja las
distintas condiciones en las que podemos analizar y clasificar ventanas y sistemas de
vidrio sujetos a cargas dinámicas de sobrepresión.
Tabla 2: Clasificación Norma GSA
Condición de
rendimiento
Nivel de
protección
Nivel de
riesgo Descripción de la reacción de la ventana de vidrio
1 seguro Ninguno El vidrio no se rompe. No hay daños visibles en el vidrio
ni en la estructura.
2 Muy alto Ninguno
El vidrio se rompe pero es retenido por la estructura.
Polvo o pequeños fragmentos en el suelo, cerca del
alféizar de la ventana.
3a Alto Muy bajo
El vidrio se rompe. Fragmentos de vidrio dentro del
suelo del cubículo, a una distancia menor de 1 metro de
la ventana.
3b Alto Bajo El vidrio se rompe. Fragmentos dentro del cubículo a una
distancia de no más de 3 metros de la ventana.
4 Medio Medio
El vidrio se rompe. Fragmentos en el suelo del cubículo
e impactando en el panel testigo vertical a una distancia
de no más de 3 metros de la ventana y una altura superior
a 0.6 metros.
5 Bajo Alto
El vidrio se rompe y el sistema falla catastróficamente.
Fragmentos dentro del cubículo impactados en el panel
testigo vertical a una distancia no superior a 3 metros y
una altura de 0.6 metros.
Como podemos ver en la Tabla 2, ciertos parámetros han sido establecidos para la
clasificación de los muros de vidrio, como la existencia de rotura del vidrio o la
proyección de fragmentos a determinadas distancias.
14
Todo ello representado en la Figura 2. Dicha figura, representa un esquema, extraído de
las descripciones mencionadas en la Tabla 2, en la cual se sitúa la posición o zona en la
que se encuentra cada nivel de condición establecido en dicha tabla.
La distancia se determina por la longitud existente entre el fragmento de vidrio y el
muro cortina, y la altura por la longitud a la que se encuentra el fragmento de vidrio
incrustado en el panel muestra, colocado en el extremo opuesto al muro de vidrio,
respecto del suelo del cubículo.
Figura 2: Esquema norma GSA
Además del estado del muro cortina o de las proyecciones de fragmentos de vidrio, la
norma GSA establece dos condiciones:
Límite de presión de pico de 4 psi o 27.56 kPa.
Límite de impulso de pico de 28 psi*ms o 193 kPa*ms.
En los Estados Unidos de América, las instalaciones de la categoría C requieren una
protección frente a picos de presión en cargas explosivas de 4 psi y un impulso de 28
psi-ms. La condición 4 es permitida para las instalaciones de categoría C.
15
2.1.3 UNE
Estas normas europeas permiten la clasificación de la resistencia a la explosión de
ventanas, puertas y persianas con sus rellenos. Hacen referencia a un método de ensayo
contra ondas expansivas al aire libre, resultado de altos explosivos que pueden ser
llevados a mano y colocados a pocos metros del objetivo.
La Tabla 3 y la Tabla 4, recogen las distintas clases en las que se pueden clasificar los
muros de vidrio según las normas UNE.
Ambas normas, solamente cubren el comportamiento de la unidad completa, incluyendo
relleno, marco y fijaciones. No aportan información sobre la capacidad del muro
colindante o la estructura del edificio para resistir las fuerzas directas o transmitidas.
Tabla 3: Clasificación Norma UNE-EN 13123 y UNE-EN 13124 de 2004
Tabla 4: Clasificación Norma UNE-EN 13541 de 2012
16
2.2 ENSAYOS
Las normas descritas anteriormente, delimitan los materiales destinados a ser instalados
en estructuras con tránsito de personas, de modo que las empresas realizan ensayos con
el objetivo de analizar si sus productos son los indicados y permitidos en función de
dichas normas. Muchos de estos ensayos tienen la misma mecánica que el nuestro.
2.2.1 GLASS-GARD GGL800 MULTI-PLY
Este ensayo (Trundle 2009) tiene como finalidad analizar si los productos, ofrecidos por
la empresa Solamatrix, cumplen con las normas establecidas para los mismos.
Fue llevado a cabo por ComBlast, que se trata de una colaboración entre GL Noble
Denton (encargada de proveer un lugar para el ensayo), D.J.Goode and Associates (se
encarga de la estructura de la prueba de diseño), and Grendon Design Agengy
(administrador de ensayos).
Se realizó durante la semana del 18 de Mayo de 2009, en Cambria (Inglaterra), bajo la
supervisión de Simon Trundle (director de la Agencia de Diseño Grendon). La Figura 3
refleja la estructura sobre la cual se realiza el ensayo.
Figura 3: Muros cortina para ensayo GGL800
17
La Figura 3 muestra un contenedor metálico con los tres muros de vidrio que se van a
analizar, separados unos de otros a través de un muro interior. Para reducir el efecto de
la onda explosiva se construyeron muros a ambos lados del contenedor. Y para
aumentar el impulso de la onda, se añadió mayor superficie por la parte de arriba del
contenedor.
Las características del ensayo son:
Muros de vidrio individuales con acristalamiento de vidrio templado de 6 mm.
Las dimensiones de los muros de vidrio, sujetos a ensayo, son 1676 mm x 1219
mm, la misma en las tres muestras.
La carga empleada son 100 kg (220 lb) de TNT como equivalente de un
explosivo líquido, la cual se situó a una altura de 1 m, como puede verse en la
Figura 4, mediante un soporte de madera.
Figura 4: Carga esférica situada a 33 m de los muros de muestra
La distancia entre la estructura sujeta a ensayo y el explosivo es de 33 m.
Sistema de fijación a través de silicona en los bordes del muro de vidrio, en los
cuatro lados que conectan la lámina transparente, fijada al vidrio, con el marco
de aluminio.
18
Los resultados del ensayo fueron similares en los tres muros. El cristal, como podemos
ver en la Figura 5, fue retenido durante la fase positiva de la explosión. La película se
rasgó en el rebote de los fragmentos que fueron proyectados hacia fuera del cubículo.
Figura 5: Resultado de los muros cortina finalizado el ensayo
Una vez finalizada la explosión, analizamos la estructura registrando una presión de
pico de 7,01 psi (o su equivalente a 48.3 kPa), frente a los 4 psi o 27.56 kPa, que
establece la norma GSA. Se obtuvo un impulso de 34 psi*ms (o su equivalente a 234
kPa*ms), frente a los 28 psi*ms o 193 kPa*ms, que establece la norma GSA.
Por lo tanto, según la norma GSA descrita anteriormente, dichos muros de vidrio fueron
clasificados como pertenecientes a la clase 3B ( Bajo riesgo/ Alta protección).
19
2.2.2 SEC08 MULTY-PLY WINDOW FILM
Este es otro ensayo (Trundle 2008) realizado por la entidad ComBlast, para la empresa
Johnson Laminating and Coating, bajo la supervisión de Simon Trundle.
Las características en este caso son:
Las dimensiones de cada muro son 1676 mm x 1219 mm.
Se utilizan 100 kg (220 lb) de TNT como equivalente de un explosivo líquido.
La distancia entre los muros y el explosivo es de 33 m.
Unidad de vidrio aislante de 2 x 6 mm de vidrio recocido con cámara de aire de
12 mm.
Sólo en el interior del cubículo de la muestra 2 (situada en el medio) se encontraron
restos de la estructura de vidrio, como puede verse en la Figura 6, que alcanzó la
cantidad de 50 gramos. Mientras que en las muestras situadas en los extremos no se
produjeron proyecciones de material en el interior del cubículo.
Los resultados en las tres muestras son:
El muro de la izquierda proyecta hacia fuera más del 8 % de su perímetro.
La muestra del medio sufre una proyección de material de más del 6 % de su
perímetro.
En el muro de la derecha se mantiene la estructura de todo el perímetro intacta.
Una vez finalizada la explosión analizamos la estructura y, según las normas GSA e
ISO podemos catalogar los tres muros de vidrio de la siguiente manera:
Según la norma GSA se clasifican como muros de clase 3A, ya que, en las tres
muestras se obtuvo una presión reflejada superior a la establecida por la norma
(7.74 psi o 53.3 kPa, frente a 4 psi o 27.56 kPa que limita la Norma) y la carga
del impulso reflejado (57.8 psi*ms o 398 kPa*ms, frente a 28 psi*ms o 193
kPa*ms de la Norma).
20
Según la norma ISO son clasificados como clase C con mínimo riesgo, ya que,
se obtuvo en las tres muestras una presión reflejada superior a la establecida en
la norma (8 psi o 55 kPa, frente a 7.3 psi o 50.3 kPa que estipula la norma) y la
carga del impulso reflejado (57.43 psi*ms o su equivalente a 396 kPa*ms, frente
a los 36 psi*ms o 248 kPa*ms que limita la norma).
Figura 6: Muros cortina para ensayo SEC08
21
3. ENSAYOS
Para el trabajo del presente PFG, se realizaron dos ensayos:
En el primer ensayo, al cual nos referiremos más adelante como MV1, se utilizó
el adhesivo Ultra S400 como sistema de protección.
En el segundo ensayo, denominado MV2, se instaló un sistema de protección
denominado kalzip, tanto por dentro como por fuera, el cual no está diseñado
inicialmente para este tipo de usos.
Para cada ensayo se utilizaron dos muestras de muro de vidrio, con el objetivo de
analizar dichos sistemas de protección para muros de vidrio frente a cargas explosivas.
3.1 LOCALIZACIÓN
La realización de nuestros ensayos tuvo lugar en el Instituto Tecnológico La Marañosa
(ITM), órgano directivo al que corresponde, entre otras funciones, la de proponer,
promover y gestionar los planes y programas de investigación y desarrollo de sistemas
de armas y equipos de interés nacional, situado al Sur de la Comunidad de Madrid en el
municipio de San Martin de la Vega, como se indica en la Figura 7.
Figura 7: Ubicación geográfica de San Martín de la Vega
22
Dentro del ITM, los ensayos se realizaron concretamente en el "barranco del toro".
La Figura 8 muestra una fotografía aérea del lugar asignado para nuestros ensayos, así
como la colocación, tanto del lugar asignado para el personal y diseñado para su
seguridad, como de la estructura donde se encontrarán los muros de vidrio que van a ser
sujetos a ensayo.
Figura 8: Fotografía aérea del lugar de los ensayos
Como hemos mencionado, en la Figura 8 podemos ver que esta zona cuenta con un
bunker cercano a la estructura pero sin acceso a electricidad ni agua. De modo que, para
aquellos equipos que no dispongan de sistema de alimentación portátil, se hizo uso de
generadores eléctricos. Los ensayos de muro de vidrio MV, se realizaron en este
emplazamiento, ya que era necesaria la construcción de una estructura de hormigón
armado, que puede verse en la Figura 9.
Figura 9: Fotografía del lugar de los ensayos
23
3.2 FASE CONSTRUCTIVA
Aprovechando la estructura (Figura 10) destinada a la ejecución de más ensayos, se
llevó a cabo el proceso de construcción de los boxes, dentro de la misma, en los cuales
iba a tener lugar la realización de nuestros ensayos.
Figura 10: Fase constructiva de los muros cortina
Los boxes se construyeron con bloques de hormigón prefabricado, de dimensiones
40x20x20 cm. Cada box tiene unas medidas interiores de 3 m de largo por 3 m de
ancho, con una separación entre boxes de 1 m. Dando como resultado la estructura
mostrada en la Figura 11.
Figura 11: Muros cortina instalados en la estructura
24
En la parte frontal de dichos cubículos, fueron instaladas dos secciones de muro cortina,
separadas por un muro de aproximadamente 1 m.
Las dimensiones de ambas secciones eran 3 metros de alto por 3 metros de ancho, es
decir, una sección cuadrada y formada mediante una estructura de aluminio
extrusionado (imagen derecha). La perfilería exterior donde va colocado el muro
cortina, está construida mediante una tapeta atornillada con un montaje y un travesaño,
que podemos ver a la izquierda, en la Figura 12.
Figura 12: Perfilería y sección de aluminio extrusionado de los muros cortina
El esquema, mostrado en la Figura 13, representa la estructura que posee el muro de
vidrio sujeto a ensayo.
Figura 13: Esquema de la composición de los muros cortina
Vidrio de 6/12/4+4 mm. Se trata de un muro de vidrio formado por 6 mm de vidrio
seguido de 12 mm de cámara de aire, y 2 vidrios de 4 mm cada uno separados entre sí
por una capa de butiral (que permite la fijación entre ambos).
Se eligió la combinación de 2 vidrios de 4+4 mm porque es la más usada en las
estaciones de transporte, que es en lo que se centra nuestro proyecto.
25
3.2.1 FASE CONSTRUCTIVA ENSAYO MV1: MURO CORTINA Y
PEGATINA EXTERIOR
En el primer ensayo (correspondiente a la Figura 14) que se llevó a cabo, se colocó en el
Box A (cubículo de la izquierda) un muro de vidrio de 6/12/4+4 mm sin ningún
revestimiento de seguridad, mientras que en el Box B (cubículo de la derecha) además
del muro de vidrio de 6/12/4+4 mm se instaló, por la parte exterior del muro, una
lámina de seguridad y protección, llamada Ultra S400 de 3M .
Figura 14: Ensayo MV1 con sistema Ultra S400 instalado en el Box B
Dicha lámina Ultra S400, de seguridad y protección, se instala mediante agua y una
solución jabonosa para conseguir que se fije al vidrio. Las características de dicha
lámina son mostradas en la Tabla 5.
Tabla 5: Características de la lámina de seguridad y protección Ultra S400
Detalles del producto
Espesor 0.1mm / m
Color Transparente
Composición Poliéster
Adhesivo Acrílico modificado
Revestimiento protector Capa resistente al rayado
26
Para este caso, se utilizo una carga esférica de 1,72 kg de PG2 (2 kg equivalentes de
TNT) a una distancia, según el estudio de diferentes informes realizados (Trundle 2008
y 2009, Smith et al. 1998), de 9 metros respecto de la estructura y colocado a una altura
de 105 cm del suelo sobre un soporte de madera.
La Figura 15 muestra un esquema de perfil de la colocación de la estructura y la carga
explosiva, así como una fotografía mostrando una perspectiva frontal de la estructura y
la posición de la carga.
Figura 15: Fotografía y esquema del ensayo MV1 con la carga posicionada
Como puede verse en el esquema situado bajo la fotografía, a lo largo de la distancia de
9 m entre el explosivo y la superficie frontal de la estructura, se han colocado bloques
cada 1.5 m con el fin de calcular la velocidad de la onda de choque originada por la
explosión.
27
3.2.2 FASE CONSTRUCTIVA ENSAYO MV2: SISTEMA KALZIP
INTERIOR Y EXTERIOR
En este caso, se utilizó el mismo revestimiento, bandejas kalzip, en ambas muestras de
muro, alternando su posición respecto al vidrio.
En el Box A el revestimiento es instalado por la parte interior, mientras que en el Box B
el revestimiento se encuentra por la parte exterior del muro de vidrio.
Las bandejas kalzip se suministran en varios anchos y en una gran variedad de formas:
rectas, curvas cóncavas/convexas, crónicas-convexas, que les permite adaptarse a
cualquier geometría de cubierta.
Para nuestro ensayo, como podemos observar en la Figura 16, las bandejas kalzip
escogidas tienen unas medidas de 65/333 mm de anchura y longitud respectivamente y,
la forma escogida para las mismas es recta.
Figura 16: Sistema de bandejas metálicas kalzip rectas
La unión de las bandejas kalzip con la subestructura se realiza mediante clips de
aluminio, que encajan en los rebordes, que es un saliente doblado o curvado y estrecho
que se hace a lo largo de un objeto o superficie, y a su vez son solapados por la bandeja
siguiente.
Esto significa que los elementos de fijación están situados por debajo de la capa exterior
de la cubierta. Esta no se agujerea, ofreciendo un sistema libre de perforaciones.
Los clips kalzip, como el mostrado en la Figura 17, son fijados a la subestructura por
medio de tornillos de acero inoxidable.
Habitualmente se coloca en cada lado del clip un tornillo.
28
Figura 17: Clips kalzip
Todos los clips tienen que estar encajados en el reborde pequeño antes de pasar el robot,
de esta manera se evitan fallos que puedan surgir en los rebordes de las bandejas al
cerrarlas. Cerrar antes las bandejas manualmente con unas tenazas facilita el
procedimiento. La velocidad del robot es regulable mediante la rueda de ajuste existente
en el mango. Sobre superficies lisas, el robot normalmente se puede dejar solo operando
automáticamente, mientras que sobre superficies irregulares o curvadas puede ser
necesario intervenir manualmente.
La Figura 18 muestra como el robot cierra el reborde de la bandeja y se acopla al clip.
Figura 18: Robot rebordeador y bandeja kalzip instalada sobre clips kalzip
La Figura 19 muestra la estructura con el sistema de bandejas metálicas kalzip instalado
en ambos boxes.
Figura 19: Ensayo MV2 con sistemas kalzip
29
4. CARGA EXPLOSIVA
4.1 PROCESO DE DETONACIÓN Y EXPANSIÓN
Según (J. A. Sanchidrián & E. Muñiz (2000)), la detonación de un explosivo de alto
orden induce una onda de choque en el aire, que toma la forma de una onda de presión
de rápida expansión, que se mueve alejándose de la carga, en la atmósfera circundante.
La energía transmitida al aire en forma de onda de choque viaja formando un frente de
onda hemisférico, de modo que la energía en el frente por unidad de superficie de éste
disminuye rápidamente con la distancia al origen (con el cuadrado). Además, se disipa
algo de energía por el calentamiento viscoso del aire.
El resultado es que el choque pierde presión y velocidad hasta transformarse en una
onda sónica. La evolución de la presión de la onda se muestra en la Figura 20.
Figura 20: Evolución de la presión de una onda de choque con el tiempo
La onda expansiva crece hacia el exterior, hasta que se encuentra con un objeto en su
trayectoria, en nuestro caso, el cubículo que contiene las muestras de ensayo.
Una vez choca la onda de presión, en su recorrido, con el objeto, es "reflejada" contra la
superficie frontal de la celda de prueba. Esta onda de presión en expansión se conoce
como la fase positiva o carga de presión reflejada.
30
El efecto de la fase negativa se experimenta inmediatamente después de la carga de
sobrepresión generada por la expansión de la onda de presión. Se crea la fase negativa
(aspiración), cuando la detonación del alto explosivo y el rápido movimiento hacia fuera
de la onda de choque crea un vacío o depresión, en el lugar de la explosión, que se llena
rápidamente por la atmósfera circundante, lo que provoca el arrastre o succión en la cara
de la muestra del ensayo.
La Figura 21 muestra los parámetros de la onda aérea.
Figura 21: Curva (P-T) característica de una onda de choque
La presión aumenta instantáneamente tras un tiempo de llegada tl, alcanzando un valor
P+, conocido como sobrepresión máxima o de pico. A continuación, disminuye
gradualmente y, tras un tiempo t+ (duración de la fase positiva), la presión se hace
negativa, es decir, inferior a la atmosférica y con un valor máximo negativo de P-.
La duración de la fase negativa t-, es superior a la de la fase positiva t+, como muestra la
Figura 21.
31
4.2 DETALLES DE LA CARGA EXPLOSIVA
Para la realización de nuestro ensayo, el explosivo empleado fue el PG2. Se trata de un
explosivo de uso militar cuya composición es principalmente RDX embebido de
aditivos plásticos. Tiene excelentes propiedades de auto adherencia (como puede verse
en la Figura 22), es fácilmente moldeable y conformado con cualquier geometría.
Dispone de una excelente resistencia al agua y muy baja sensibilidad ante efectos
externos como choques o fricciones. Puede ser iniciado mediante detonador o cordón
detonante.
Figura 22: Explosivo PG2 de uso militar
La características físicas del producto dadas por el fabricante son:
Densidad: >1,45 g/cm3
Composición: mezcla de polímeros plásticos (15%) con hexógeno (85%).
Velocidad de detonación: 7000m/s para 1,5 g/cm3.
Plasticidad: fácilmente moldeable tras 3 horas a un rango de temperatura de
30ºC a 50ºC.
Propiedades adhesivas: fácilmente adherente a cualquier superficie con un índice
de adherencia a partir de 32g/cm2.
32
Como hemos mencionado antes, el explosivo empleado es el PG2, aunque para el
estudio, análisis y la elaboración de informes, se utiliza el equivalente de TNT. El
equivalente TNT del PG2 ha sido evaluado de forma experimental en base a impulso,
siendo éste 0.86, es decir 860 g de PG2 equivalen a 1000 g de TNT.
La configuración de carga empleada en nuestro ensayo es mostrado en la Figura 23.
Figura 23: Ubicación de la carga explosiva de PG2
Según la relación, entre el PG2 y el TNT, mencionada arriba, la carga, que en nuestro
caso presenta una forma esférica, es de 1,72 kg de PG2, lo que serían unos 2 kg de
equivalente de TNT. Dicha cantidad fue empleada en ambos ensayos, y fue situada a
una distancia de 9 m respecto de la estructura para el MV1 y 7 m para el MV2.
Además fue colocada sobre un soporte de madera, posicionándose a una altura de 105
cm del suelo como puede verse en la Figura 23.
33
5. INSTRUMENTACIÓN
En la Figura 24 se muestra el esquema de los ensayos MV1 y MV2, en los cuales
podemos ver la colocación de la estructura donde se instalarán los muros cortina, junto
con las posiciones de cada uno de los sensores utilizados, descritos a continuación, así
como la posición de la carga explosiva.
Figura 24: Esquema ensayos MV1 y MV2, colocación de la carga y posicionamiento de la
instrumentación
34
5.1 ACELERÓMETROS
Los acelerómetros o sensores de aceleración, mostrados en la Figura 25, están
pensados para realizar una medida de aceleración o vibración, proporcionando una
señal eléctrica según la variación física.
En ambos ensayos han sido empleados acelerómetros piezoeléctricos, aunque existen
otros modelos como acelerómetros piezo-resistivos o capacitivos. Los acelerómetros
empleados tenían un rango de medida de hasta 500 g.
Figura 25: Acelerómetro y lugar de colocación del mismo
Se escogió como localización del acelerómetro la cara frontal de la estructura,
concretamente en la zona derecha del muro, como puede verse en la Figura 26.
Figura 26: Posicionamiento del acelerómetro en los ensayos MV1 y MV2
35
5.2 CAPTADORES DE PRESIÓN
Son aparatos, como el mostrado en la Figura 28, que registran la curva presión/tiempo
(Figura 27) a una cierta distancia, conocida con el nombre de distancia escalada y
calculada según la Ecuación 1.
Ecuación 1: Distancia escalada
Z=R
W1/3
Figura 27: Curva de registro de un captador
Donde:
R es la distancia, existente desde la carga explosiva hasta la estructura de los muros
cortina (en pies (ft)).
El valor de la distancia en pies (ft) lo obtenemos multiplicando nuestra distancia
medida en metros por 3.28
W es la cantidad de explosivo utilizado, en nuestro caso son 1,72 kg de PG2 que
equivalen a 2 kg de TNT, en libras (lb).
Dicho valor se calcula multiplicando la cantidad de explosivo en lb por 2.20.
Figura 28: Captador de presión
36
La Figura 29 muestra algunos de los captadores de presión utilizados en nuestros
ensayos, junto con las cámaras convencionales.
Figura 29: Captadores de presión
En función de la onda que queremos medir, incidente o reflejada, los captadores de
presión son colocados de cierto modo para cada caso.
Si queremos medir la onda reflejada, para el ensayo MV1, utilizamos los captadores
P2, P3, P4 y P7, siendo para el caso del ensayo MV2 los captadores P1, P2, P3 y P6.
La colocación y orientación para los captadores mencionados es la mostrada en la
Figura 30.
En dicho esquema podemos ver que la superficie de los sensores es perpendicular al
avance del choque.
Figura 30: Orientación de los captadores de presión para medir la onda reflejada
37
Si queremos medir la onda incidente, para el ensayo MV1 utilizamos los captadores P5
y P6, siendo para el caso del ensayo MV2 los captadores P4 y P5.
La colocación para los captadores mencionados es la mostrada en la Figura 31, en la
que podemos ver un esquema del captador de presión tipo lápiz.
En dicho esquema podemos ver que la superficie de los sensores es paralela al avance
del choque.
Figura 31: Orientación de los captadores de presión para medir la onda incidente
Una vez obtenemos la presión, podemos calcular el impulso de la onda de choque a
través de la siguiente integral:
Ecuación 2: Impulso de una onda de choque
𝐼 = 𝑃𝑑𝑇
+𝑡
−𝑡
38
5.3 SISMÓGRAFOS
La medida y registro de la intensidad y frecuencia de las vibraciones sísmicas y
ondas acústicas, producidas por las voladuras en las explotaciones mineras, canteras,
construcción de obras públicas, demoliciones, es de obligado cumplimiento, en tanto
que pueden afectar en distinto grado a estructuras próximas, como edificios y áreas
urbanas, entre otras.
La medición de la vibración se lleva a cabo utilizando monitores especializados
comúnmente denominados sismógrafos. Dicho instrumento es capaz de grabar las
vibraciones tanto en el suelo (mediante geófonos) como la onda aérea (mediante
micrófonos).
La vibración se registra en términos de velocidad de pico de la partícula en mm/s en
tres direcciones (transversal (T), vertical (V) y longitudinal (L)).
La Figura 32, muestra una fotografía real del lugar donde se instaló un sismógrafo,
junto con el geófono triaxial y el micrófono, respecto del lugar del ensayo. Como
puede observarse, se situó a una distancia considerable, respecto del lugar de ensayo
para medir la vibración del ambiente, como se ha mencionado antes para evaluar el
efecto de la explosión sobre edificios o zonas urbanas próximas.
La vibración del ambiente se mide en decibelios (dß).
Figura 32: Micrófono usado para medir la presión de la onda aérea (conectado al sismógrafo)
39
Para nuestro ensayo, se colocaron dos sismógrafos con tres geófonos triaxiales (como
en el esquema de la Figura 33) los cuales son transductores de desplazamiento,
velocidad o aceleración, que convierten el movimiento del suelo en una señal eléctrica.
Casi todos los geófonos empleados para la prospección sísmica en la superficie
terrestre son del tipo electromagnético.
Figura 33: Esquema de un sismógrafo
40
5.4 CÁMARA DE ALTA VELOCIDAD
Dispositivos capaces de captar (dependiendo del modelo y la calidad serán más o serán
menos) miles de imágenes por segundo. Este aparato nos permite ver y conocer todos
aquellos sucesos que se escapan al ojo humano debido a la rapidez de su ejecución.
Se destina a una gran cantidad de usos entre los que destacan:
Desarrollo de máquinas.
Sistemas de investigación.
Ensayos y estudios, como es en nuestro caso.
Dicho dispositivo, mostrado en la Figura 34, dispone de las siguientes características:
Velocidad superior a 5000 imágenes por segundos para una resolución 512x512
pixeles.
Velocidad máxima 120.000 fps (fotos por segundo) a una resolución de 128x16
píxeles.
Robusta para uso en condiciones de polvo y lluvia.
Sistema remoto de autoencendido con trigger de radiofrecuencia.
Carcasa de protección (mostrada en la Figura 34) frente a posibles proyecciones
ocasionadas por la explosión.
Figura 34: Cámara de alta velocidad (CAV) y carcasa de protección
41
Como podemos observar en la fotografía de la Figura 35, la cámara de alta velocidad
(CAV) va conectada a un ordenador portátil. El uso de un portátil conectado a la CAV,
es necesario para el funcionamiento de la misma, ya que, no dispone de panel de
control ni de pantalla para la visualización de lo que registra. Por lo que toda la
manipulación, manejo y visualización de la cámara se realiza a través del ordenador.
Figura 35: CAV conectada al ordenador portátil
Existe una relación entre la cantidad de imágenes por segundo que puede captar la
cámara de alta velocidad y la resolución de estas imágenes. La Figura 36 muestra dicha
relación, que indica que a mayor cantidad de imágenes menos resolución presentan las
mismas.
Figura 36: Tabla de relación entre cantidad de fotos por segundo tomadas y resolución máxima
42
5.5 SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS
El aparato Datatrap II de MREL, es un sistema de adquisición de datos y medidor de
velocidad de detonación con 8 canales de medida. La velocidad de muestreo en cada
canal es de 10 MHz con una resolución de 14 bits.
Datatrap II es un equipo portátil y muy robusto preparado para trabajar al aire libre, en
condiciones de polvo, lluvia y en un amplio rango de temperatura.
Los sensores conectados (captadores de presión, acelerómetros y demás equipos
utilizados) necesitan una fuente de alimentación junto con un acondicionador de señal.
Por lo tanto, se dispone de un acondicionador de señal como sistema de alimentación
con 4 canales como muestra la Figura 37.
Figura 37: Acondicionador de señal y sistema de adquisición de datos
El acondicionador de señal es fundamental para el uso del sistema de adquisición de
datos, debido a que le proporciona, al sistema DataTrap, la tensión necesaria para su
funcionamiento y, amplifica y acondiciona la señal registrada por el mismo, para su
posterior estudio.
43
6. RESULTADOS
6.1 ESTRUCTURA MV1
6.1.1 BOX A
En el ensayo MV1, el Box A, situado en la parte izquierda de la estructura, no contaba
con ningún sistema de protección instalado.
Por lo tanto, el muro de vidrio recibe, sin ningún tipo de refuerzo, la onda expansiva
proveniente de la carga de TNT. La Figura 38, muestra el estado final del muro cortina
del Box A una vez finalizado el ensayo. En dicha imagen parece aparentemente que el
muro cortina ha aguantado la onda de choque casi sin sufrir daños.
Figura 38: Fotografía del resultado del muro cortina del Box A del ensayo MV1
Sin embargo, el muro cortina ha sufrido una rotura parcial sin perforación. Es decir, la
parte externa del muro de vidrio se ha fracturado dando lugar a algunas proyecciones de
material vidrioso como podemos ver en el suelo de la Figura 38, mientras que la parte
interna no ha sufrido ningún daño.
44
Como muestra la Figura 39, no fueron recogidos, en el interior del Box A, fragmentos
de cristal. Es decir, no hubo proyecciones en el interior del cubículo.
Figura 39: Resultado del interior del Box A del ensayo MV1
Que no haya proyecciones en el interior del cubículo, indica que en la parte interna del
muro cortina, como se mencionó antes, no se produjo ningún daño, permaneciendo ésta
intacta, como muestra la Figura 40.
La mayor parte de los fragmentos de vidrio, como puede apreciarse en la Figura 40,
fueron proyectados al exterior, encontrándose a una distancia aproximada de ≤ 1m
respecto del muro, sin embargo, algún fragmento alcanzó una longitud de 3 metros de
distancia respecto del muro cortina.
Figura 40: Fotografía de perfil del resultado del muro cortina del Box A del ensayo MV1
45
6.1.2 BOX B
El Box B, situado en la parte derecha de la estructura, contaba con el sistema de
protección y seguridad Ultra S400, instalado en la parte exterior del muro cortina.
El resultado del efecto de la onda expansiva originada por la carga de TNT sobre el
muro de vidrio, se muestra en la Figura 41.
Figura 41: Fotografía del resultado del muro cortina del Box B del ensayo MV1
Como puede apreciarse en la fotografía, se produce la fractura del muro cortina. Sin
embargo, en este caso, todos los fragmentos de vidrio quedaron retenidos gracias a la
acción del adhesivo Ultra S400 que cumplió con su objetivo, al contener por completo,
todos los fragmentos de vidrio generados por la onda de choque proveniente de la carga
explosiva.
Al igual que en el Box A, de este mismo ensayo, la onda de choque no provocó ningún
daño en la parte interior del muro cortina. Es decir, en el Box B, no tuvo lugar la
existencia de proyecciones de fragmentos de vidrio, tanto hacia el exterior como hacia el
interior del cubículo de la estructura.
46
De manera que se puede apreciar un daño similar en la parte exterior del muro cortina,
tanto del Box A como del Box B, con la diferencia de la existencia de proyecciones
exteriores originadas en el Box A frente a la actuación de la lámina de seguridad
instalada en el Box B que evitó la proyección de fragmentos de vidrio. La Figura 42
muestra el resultado de los muros cortina de ambos boxes y, nos permite apreciar la
observación anterior.
Figura 42: Fotografía frontal de los muro cortina de ambos boxes conjunta e individualmente
47
6.2 ESTRUCTURA MV2
En el ensayo MV2, los muros de vidrio o muros cortina acoplados a la estructura de
hormigón fueron dotados de otro sistema, cuyo uso en un principio no está destinado a la
seguridad y la protección de muros de vidrio frente al efecto de las explosiones, llamado
sistema de bandejas metálicas kalzip.
El sistema kalzip se instaló en ambos muros cortina variando su posición respecto al
muro de vidrio.
6.2.1 BOX A
En el Box A situado a la izquierda de la estructura, el sistema de bandejas kalzip fue
instalado en el interior del cubículo, como muestra la Figura 43, fijándose tanto al techo
como a las paredes interiores del cubículo.
Figura 43: Box A del ensayo MV2 con sistema de bandejas kalzip interior
Por lo tanto, en este caso el muro cortina está desprotegido frente a la onda de choque
procedente de la carga explosiva.
48
El resultado del muro cortina del Box A, es mostrado en la Figura 44.
Figura 44: Fotografía de perfil del resultado del muro cortina del Box A del ensayo MV2 y distancia
alcanzada por los fragmentos de vidrio proyectados
Como puede verse, los fragmentos de vidrio del muro cortina, al estar el muro
desprotegido por fuera, son proyectados principalmente a una distancia ≤ 3 m, aunque
encontramos fragmentos aislados que superaron ligeramente esta distancia.
Hay que destacar que, al igual que en el ensayo MV1 la parte interna del muro cortina
permanece intacta, es decir, la onda de choque no produce ningún daño sobre ella.
49
6.2.2 BOX B
A diferencia del Box A, en el Box B situado a la derecha de la estructura de hormigón,
el sistema de bandejas kalzip fue instalado por la parte externa del muro cortina
fijándose al suelo y al techo superior del cubículo, como puede verse en la Figura 45.
Figura 45: Box B del ensayo MV2 con el sistema de bandejas kalzip exterior
De manera que, el muro cortina cuenta en este caso con un sistema de protección cuyo
objetivo es protegerlo de la onda de choque procedente de la carga explosiva. Sin
embargo, como puede verse en la Figura 46, se produce la rotura de la parte externa del
muro cortina, mientras que la interna, como en los casos anteriores, permanece intacta.
Figura 46: Resultado del muro cortina del Box B del ensayo MV2 y situación de los fragmentos de
vidrio proyectados
50
Como podemos ver en la Figura 46, la parte externa del muro cortina se fractura, y los
fragmentos proyectados son retenidos por el sistema kalzip, quedando todos ellos
localizados en el espacio comprendido entre el muro cortina y la bandeja kalzip.
Al no producirse la rotura de la parte interior del muro cortina, deducimos que no tiene
lugar la proyección de material vidrioso hacia el interior de los cubículos, lo cual queda
demostrado al analizar el interior de los boxes, mostrado en la Figura 47, donde no se
encuentran fragmentos de vidrio.
Figura 47: Resultado del interior de los cubículos
La Figura 47 es una recopilación de las fotografías realizadas a cada sector, previamente
medido y dibujado para determinar el alcance de las proyecciones de fragmentos de
vidrio en el interior de ambos boxes.
Podemos concluir que, el daño sobre el vidrio fue similar en ambos muros, lo que
implica que la luz de la malla de dicho sistema permite el acceso de la onda de choque
sin producir una amortiguación de la misma apreciable.
51
6.3 CAPTADORES DE PRESIÓN
Cada captador de presión empleado en los ensayos MV1 y MV2 registra, como su propio
nombre indica, la presión con la que dicho captador es alcanzado por la onda de choque.
Por lo que, obtenemos un gráfico por cada captador, como el de la Figura 48, que
muestra la curva P-T de la onda de choque.
Figura 48: Curva de P-T registrada por los captadores
Una vez tenemos los registros de todos los captadores, nos interesa analizar el pico de
presión de la curva, que es el punto de máxima presión medido.
Junto con la presión, otro parámetro que tenemos que estudiar es el impulso asociado a la
onda de choque. Dicho impulso se calcula, según la Ecuación 2, a través de la integral de
la presión de pico respecto del tiempo.
Ecuación 2: Impulso de una onda de choque
𝐼 = 𝑃𝑑𝑇
+𝑡
−𝑡
Una vez tengamos los valores de presión de pico, impulso y distancia escalada, esta
última calculada según la Ecuación 1, resumidos en la Tabla 6 y Tabla 7, procedemos a
analizar dichos datos comparándolos con los valores de referencia para cargas de TNT
tipo surface según (Department of Defense USA (2013)).
52
El gráfico representado en la Figura 49, se trata de una serie de curvas, en las cuales cada
punto de las mismas corresponde a un valor de referencia dado por el UFC 3-340 en
función de la distancia escalada.
Figura 49: UFC 3-340
53
Del gráfico anterior, separamos las curvas de presión e impulso, mostradas en la Figura
50 y la Figura 51, para el posterior análisis de nuestros valores.
PRESIÓN
Figura 50: Curvas de presión extraídas del UFC 3-340
Donde:
Pr: la curva que contiene los valores de referencia de la presión de la onda de
choque reflejada para cada distancia escalada a la que se encuentre la carga
explosiva de TNT respecto del muro cortina.
Pso: la curva que contiene los valores de referencia de la presión de la onda de
choque incidente para cada distancia escalada a la que se encuentre la carga
explosiva de TNT respecto del muro cortina.
54
IMPULSO
Figura 51: Curvas de impulso extraídas del UFC 3-340
Donde:
Curva Ir: la curva que contiene los valores de referencia del impulso de la
onda de choque reflejada para cada distancia escalada a la que se encuentra la
carga explosiva de TNT respecto del muro cortina.
Curva Iso: la curva que contiene los valores de referencia del impulso de la
onda de choque incidente para cada distancia escalada a la que se encuentra la
carga explosiva de TNT respecto del muro cortina.
55
6.3.1 CAPTADORES MV1
La Figura 52 corresponde a las medidas tomadas por los captadores colocados en la
pared frontal de los cubículos, para medir la presión a la que son sometidos los muros de
vidrio, y nombrados con la terminación P2 y P3, que podemos ver en la Figura 24.
Ambos captadores estaban conectados al mismo sistema de adquisición de datos
DataTrap, es por ello que podemos ver en los dos gráficos, , el mismo origen de tiempo
aproximadamente, con una pequeña variación debida a la diferencia de distancias a la
que se encuentran ambos, respecto de la carga explosiva.
Como podemos observar el pico de presión de la fase positiva de la onda de choque se
produce a los 10 ms aproximadamente y cuyo valor, reflejado en la Tabla 6, es de 12.30
psi para el P2 (que equivale a 84.8 kPa) y 8.19 psi para el P3( que equivale a 56.47 kPa).
.
Figura 52: Registro de los captadores P2 y P3, de la onda de choque reflejada, colocados en la pared
frontal de la estructura
Analizando las curvas en sí, destacamos que, ambas se comportan claramente como la
curva característica de una onda de choque, como muestra la Figura 21.
Por otra parte, las mediciones de los captadores P5 y P6, representados en la Figura 53,
están conectados al sistema de adquisición de datos portátil Nicolet de la empresa
constructora, para sus propias mediciones y colocados en el terreno alrededor de la carga
explosiva como puede verse en la Figura 24, por esa razón tienen aproximadamente el
mismo origen de tiempo pero distinto a los anteriores.
56
Figura 53: Registro de los captadores P5 y P6, de la onda de choque incidente, colocados a una
distancia de 5 y 9 metros respecto de la carga
El pico de presión, para los captadores P5 y P6, se sitúa a los 50 ms aproximadamente,
con una pequeña variación debido a la diferencia de distancia a la que se encuentra cada
captador respecto a la carga explosiva, como puede verse en la Figura 24.
Los valores de los picos de presión para ambos captadores son 11.34 psi para el captador
P5 (que equivale a 78.18 kPa) y, 4.52 psi para el captador P6 (que equivale a 31.16 kPa).
Ambas curvas representadas en los gráficos se comportan como la curva característica de
una onda de choque, igual que en el caso de los captadores P2 y P3.
La Tabla 6 contiene los valores obtenidos a través de las gráficas representadas en la
Figura 52 y la Figura 53, proporcionadas por los sistemas de captación de presión.
Tabla 6: Valores obtenidos por los captadores de presión en el ensayo MV1
Captador Posición P
+
psi t+
ms
I+
psi*ms Distancia
m
Distancia
escalada
Ft/lb1/3
P2 Pared reflejada 12,30 6,36 23,34 9 18,01
P3 Pared reflejada 8,19 4,66 15,27 9,8 19,71
P4
Interior box A,
pared lateral
reflejada
0,86 9 18,01
P5 Suelo incidente 11,34 3,01 12,65 5 10,01
P6 Lápiz incidente 4,52 4,75 8,37 9 18,01
P7
Interior box A,
pared frontal
reflejada
1,30 7,49 3,88 12 24,01
57
Por último, situaremos nuestros valores de presión e impulso obtenidos, como se
mencionó anteriormente, en las curvas representadas en la Figura 54 y la Figura 55, y las
compararemos y analizaremos con los valores de referencia del UFC 3-340.
La Figura 54 muestra las curvas del UFC 3-340 para presión y, los valores de presión de
pico registrados por cada captador.
Figura 54: Representación de nuestros valores de presión, en el ensayo MV1, en las curvas del UFC
Los valores registrados por los captadores P2 y P3 están próximos a los valores de
referencia, establecidos por el UFC, de la curva Pr y, por lo tanto, son considerados
válidos, ya que, se encuentran dentro de un rango razonable respecto del valor de
referencia para cada distancia escalada. Lo mismo sucede con los valores obtenidos por
los captadores P5 y P6 próximos a los valores de referencia, según el UFC, de la curva
Pso para cada distancia escalada.
Mientras que, los valores de los captadores P4 y P7 se alejan mucho de la curva Pr, ya
que, ambos captadores se encuentran en el interior del Box A y la onda de choque llega
muy amortiguada, por lo que los datos recogidos por ambos captadores son muy bajos.
58
Por otro lado, la Figura 55, muestra las curvas del UFC 3-340 para impulso y nuestros
valores calculados a través de la Ecuación 2.
Figura 55: Representación de nuestros valores de impulso, en el ensayo MV1, en las curvas del UFC
Los valores registrados por los captadores P2 y P3 están próximos a los valores de
referencia, establecidos por el UFC, de la curva Ir y, por lo tanto, son considerados
válidos, ya que, se encuentran dentro de un rango razonable respecto del valor de
referencia para cada distancia escalada. Lo mismo sucede con los valores obtenidos por
los captadores P5 (el cual se encuentra en la misma curva Iso, coincidiendo con el valor
de referencia) y P6 (muy próximo a la curva Iso).
Mientras tanto, el valor del impulso, situado muy por debajo de la curva Ir, obtenido por
el captador P7 es muy bajo debido a que se encuentra instalado en el interior del Box A y
la onda de choque llega muy amortiguada lo que afecta a su valor.
59
6.3.2 CAPTADORES MV2
La Figura 56 corresponde a las medidas tomadas por los captadores colocados en la
pared frontal de los cubículos, para medir la presión a la que son sometidos los muros de
vidrio, y nombrados con la terminación P1, P2 y P3, que podemos ver en la Figura 24
correspondiente al MV2. Dichos captadores estaban conectados al mismo sistema de
adquisición de datos DataTrap, es por ello que podemos ver en los gráficos,
aproximadamente, el mismo origen de tiempo, con una pequeña variación debida a la
diferencia de distancia a la que se encuentran los captadores respecto de la carga
explosiva.
Como podemos observar el pico de presión de la fase positiva de la onda de choque se
produce antes de 10 ms aproximadamente y cuyo valor, reflejado en la Tabla 7, es de
14.08 psi para el P1(que equivale a 97.08 kPa), 17.44 psi para el P2 (que equivale a
120.24 kPa) y 10.90 psi para el P3 (que equivale a 75.15 kPa).
Figura 56: Registro de los captadores P1, P2 y P3, de la onda de choque reflejada colocados en la
pared frontal de la estructura
También podemos analizar la curva en sí, y destacar que, las tres curvas se comportan
claramente como la curva característica de una onda de choque, como muestra la Figura
21.
Por otra parte, las mediciones de los captadores P4 y P5, representados en la Figura 57,
están conectados al sistema de adquisición de datos portátil Nicolet, de la empresa
constructora para sus propias mediciones y colocados en el terreno alrededor de la carga
explosiva como puede verse en la Figura 24, por esa razón tienen aproximadamente el
mismo origen de tiempo, pero distinto a los anteriores.
60
Figura 57: Registro de los captadores P4 y P5, de la onda de choque incidente colocados a una
distancia de 7 m respecto de la carga
El pico de presión, para los captadores P5 y P6, se sitúa a los 60 ms aproximadamente.
Los valores de los picos de presión para ambos captadores son 6.98 psi para el captador
P4 (que equivale a 48.13 kPa) y, 7.01 psi para el captador P5 (que equivale a 48.33 kPa).
Ambas curvas representadas en los gráficos se comportan como la curva característica de
una onda de choque como puede verse en la Figura 21.
La Tabla 7 contiene los valores de pico obtenidos a través de las gráficas representadas
en la Figura 56 y la Figura 57, proporcionadas por los sistemas de captación de presión.
Tabla 7: Valores obtenidos por los captadores de presión en el ensayo MV2
Captador Posición P
+
psi t+
ms
I+
psi*ms Distancia
m
Distancia
escalada
Ft/lb1/3
P1 Pared reflejada 14.18 5.06 21,88 8.1 16.14
P2 Pared reflejada 17.44 5.80 28,64 7 14.01
P3 Pared reflejada 10.90 4.83 18,97 8.1 16.14
P4 Suelo incidente 6.98 3.89 8,74 7 14.01
P5 Lápiz incidente 7.01 4,50 11,61 7 14.01
P6
Interior box A,
pared frontal
reflejada
1.67 7,16 4,90 12 24,01
61
Por último, situaremos nuestros valores de presión e impulso obtenidos, como se
mencionó anteriormente, en las curvas representadas en la Figura 50 y la Figura 51 y, las
compararemos y analizaremos con los valores de referencia del UFC 3-340.
La Figura 58 muestra las curvas del UFC 3-340 para presión y los valores de presión de
pico registrados por cada captador.
Figura 58: Representación de nuestros valores de presión, en el ensayo MV2, en las curvas del UFC
Los valores registrados por los captadores P1, P2 y P3 están próximos a los valores de
referencia, establecidos por el UFC, de la curva Pr y, por lo tanto, son considerados
válidos, ya que, se encuentran dentro de un rango razonable respecto del valor de
referencia. Lo mismo sucede con los valores obtenidos por los captadores P4 y P5
próximos a los valores de referencia, según el UFC, de la curva Pso para cada distancia
escalada.
Mientras que, los valores del captador P6 se alejan mucho de la curva Pr, ya que, dicho
captador se encuentra en el interior del Box A y la onda de choque llega muy
amortiguada, por lo que los datos recogidos son muy bajos.
62
Por otro lado, la Figura 59, muestra las curvas del UFC 3-340 para impulso y nuestros
valores calculados a través de la Ecuación 2.
Figura 59: Representación de nuestros valores de impulso, en el ensayo MV2, en las curvas del UFC
Los valores registrados por los captadores P1, P2 y P3 están próximos a los valores de
referencia, establecidos por el UFC, de la curva Ir y, por lo tanto, son considerados
válidos, ya que, se encuentran dentro de un rango razonable respecto del valor de
referencia. Lo mismo sucede con los valores obtenidos por los captadores P5 y P6, los
cuales se encuentran muy próximos a la curva Iso del UFC.
Mientras tanto, el valor del impulso, situado muy por debajo de la curva Ir, obtenido por
el captador P6, es muy bajo debido a que éste se encuentra instalado en el interior del
Box A y la onda de choque llega muy amortiguada, lo que afecta a su valor.
63
Podemos suponer que no hay variaciones de la presión en la componente vertical, ya que,
teniendo en cuenta la posición de la carga, la altura del punto triple, originado por la
superposición de la onda incidente y la onda reflejada como se muestra en la Figura 60,
es >3 y, por consiguiente, superior a la altura de la estructura, tanto al posicionar la
carga a los 9 m como a los 7 m de distancia respecto de la estructura.
Figura 60: Evolución de la onda de choque
Si el punto triple alcanzase al muro de vidrio, las presiones y por consiguiente los
impulso calculados serían diferentes, ya que por encima del punto triple llegarían
secuencialmente la incidente y la reflejada en lugar de componerse.
64
6.4 SISMÓGRAFOS
Se situaron en ambos ensayos dos sismógrafos con tres geófonos triaxiales y dos
micrófonos lineales en dos ubicaciones diferentes:
S1 a 405 metros de la carga explosiva (dos geófonos + un micrófono).
S2 a 334 metros de la carga explosiva (un geófono triaxial + un micrófono).
La Tabla 8 y la Tabla 9 muestran los datos obtenidos para los ensayos MV1 y MV2
respectivamente.
6.4.1 SISMÓGRAFO MV1
Tabla 8: Valores obtenidos por el sismógrafo en el ensayo MV1
Ubicación Sensor ppvT
mm/s
ppvV
mm/s
ppvL
mm/s
Ppvsum/P
mm/s/Pa
S2 (334 m) Geófono 1 1.78 1.65 2.79 3.03
Micrófono 195.75
S1 (405 m) Geófono 1 0.762 0.889 1.14 1.46
Geófono 2 2.29 0.889 1.27 2.33
Micrófono 203.25
La presión registrada por los micrófonos es aproximadamente de 200 Pa y la velocidad
de partícula no supera los 3 mm/s.
6.4.2 SISMÓGRAFO MV2
Tabla 9: Valores obtenidos por el sismógrafo en el ensayo MV2
Ubicación Sensor ppvT
mm/s
ppvV
mm/s
ppvL
mm/s
Ppvsum/P
mm/s/Pa
S2 (334 m) Geófono 1 1.78 1.4 2.79 2.87
Micrófono 235.75
S1 (405 m) Geófono 1 0.889 0.889 1.27 1.5
Geófono 2 2.16 0.635 1.02 2.22
Micrófono 179.25
La presión registrada por los micrófonos es aproximadamente de 235 Pa (a 334 m) y 180
Pa (a 405 m) y la velocidad de partícula no supera los 3 mm/s.
65
6.5 ACELERÓMETRO
6.5.1 ACELERÓMETRO MV1
En la Tabla 10 se encuentran los valores de aceleración máxima y mínima, registrados
por el acelerómetro.
En el ensayo MV1 se posicionó el acelerómetro en el lateral derecho de la pared del Box
B, como puede verse en la Figura 26.
Tabla 10: Valores obtenidos por el acelerómetro en el ensayo MV1
Acelerómetro Localización a+
a- Distancia
(m)
Distancia
Escalada
(lb/W1/3
)
A1 Suelo
estructura 113,95 -129,5 9,8 19,62
Como muestra la Tabla 10, se midió una aceleración máxima positiva de 114 g, y una
aceleración mínima negativa de 130 g. Ambos valores extraídos del gráfico de la Figura
61, proporcionado por el acelerómetro, en el que se aprecia con claridad los picos
máximos registrados.
Figura 61: Registro obtenido por el acelerómetro en el ensayo MV1
Los valores máximo y mínimo mencionados, se alcanzan aproximadamente a los 30 ms.
66
6.5.2 ACELERÓMETRO MV2
En la Tabla 11 se encuentran los valores de aceleración máxima y mínima, registrados
por el acelerómetro.
En el ensayo MV2 se posicionó el acelerómetro en el lateral derecho de la pared del Box
B, como puede verse en la Figura 26.
Tabla 11: Valores obtenidos por el acelerómetro en el ensayo MV2
Acelerómetro Localización a+
a- Distancia
(m)
Distancia
Escalada
(lb/W1/3
)
A1 Suelo
estructura 294,5 -197,7 8.1 16,21
Como muestra la Tabla 11, se midió una aceleración máxima positiva de 295 g, y una
aceleración mínima negativa de 198 g. Ambos valores extraídos del gráfico de la Figura
62, proporcionado por el acelerómetro, en el que se aprecia con claridad los picos
máximos registrados.
Figura 62: Registro obtenido por el acelerómetro en el ensayo MV2
Los valores máximo y mínimo mencionados, se alcanzan aproximadamente a los 35 ms.
67
6.6 CÁMARAS
6.6.1 CÁMARA CONVENCIONAL MV1
En el interior de ambos cubículos se instalaron dos cámaras convencionales, como
podemos ver en la Figura 24, en la pared frontal del muro cortina y enfocadas hacia este,
con el fin de obtener una secuencia de imágenes, mostrada en la Figura 63, sobre la
evolución de la onda de choque y el comportamiento del muro cortina.
Figura 63: Secuencia del ensayo MV1-Box A y MV1-Box B. Inicio, detonación, expansión de la onda
de choque y rotura del muro cortina
La Figura 63 muestra fotografías tomadas por las cámaras del interior de ambos bloques.
Como puede apreciarse en las imágenes del Box A (sin revestimiento de protección) se
produce una mayor fractura del muro que en el caso del Box B (con adhesivo de
seguridad Ultra S400 fijado al muro).
68
6.6.2 CÁMARA CONVENCIONAL MV2
Al igual que en el ensayo MV1, dos cámaras convencionales fueron instaladas en el
interior de los cubículos, como puede verse en el esquema MV2 de la Figura 24, y
enfocados hacia sus respectivos muros cortina, para obtener la secuencia de imágenes,
mostradas en la Figura 64, sobre la evolución de la onda de choque, y mediante las
cuales podemos analizar el comportamiento de dichos muros.
Figura 64: Secuencia del ensayo MV2-Box A y MV2-B. Inicio, detonación, expansión de la onda de
choque y rotura del muro cortina
La Figura 64 muestra la evolución de la onda de choque, así como la fractura del muro
de vidrio. El resultado de la fractura del muro es similar en ambos bloques, con la
diferencia de que en el Box B (con sistema kalzip exterior) las proyecciones
son retenidas en el espacio comprendido entre las bandejas kalzip y el muro cortina.
69
6.6.3 CÁMARA DE ALTA VELOCIDAD
En la Tabla 12 se muestran las características de configuración empleadas en la cámara
de alta velocidad en el ensayo MV1.
Tabla 12: Características de la CAV
Velocidad (fps) 7500
Obturación (s) 1/60000
Resolución 768/240
Se situaron en el suelo unos blancos, en línea recta desde la carga explosiva hasta la
pared frontal de la estructura para facilitar el análisis y evaluación de la velocidad de la
onda de choque. Dichos blancos se colocaron a una distancia equidistante de 1,5 metros.
Los tiempos de llegada de la onda de choque a los distintos blancos, representados en la
Tabla 13, han permitido evaluar las velocidades medias en cada tramo de 1,5 m y
compararlas con las velocidades estimadas en el UFC 3-340.
Tabla 13: Datos de velocidad de la onda de choque obtenidos mediante la CAV, y valores de
referencia según el UFC 3-340
Distancia
(m) Cámara AV UFC-3-340 (*)
t (ms) 1.5 1.467
t (ms) 3 3.867
t (ms) 4.5 6.667
t (ms) 6 9.867
t (ms) 7.5 13.334
u (m/s) 1.5-3 625 780
u (m/s) 3-4.5 536 497
u (m/s) 4.5-6 469 423
u (m/s) 6-7.5 433 467
(*) Valores medios estimados con UFC 3-340, para explosión tipo surface.
70
A través de la cámara de alta velocidad, se registró el tiempo en ms que tardó en llegar la
onda de choque a cada uno de los blancos colocados cada 1,5 m de distancia entre la
carga explosiva y el muro cortina. Por ejemplo, la onda de choque alcanza el primer
blanco a los 1,467 ms y el último a los 13,334 ms.
De manera que, podemos calcular la velocidad de la onda de choque entre los distintos
tramos de la siguiente forma:
Ecuación 3: Velocidad media de la onda de choque
𝑢 𝑚
𝑠 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 =
𝑥 (𝑚)
𝑡 (𝑠)=
𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
Siendo:
x (m): la distancia comprendida entre blanco y blanco, es decir, 1,5 m.
t (s): el tiempo que tarda la onda de choque en llegar de un blanco a otro.
Un ejemplo de ello sería el mostrado a continuación para el tramo 1,5-3 m:
Ecuación 4: Cálculo de la velocidad media de la onda de choque en el tramo 1,5-3 m
𝑢 𝑚
𝑠 =
(3 − 1.5) 𝑚
(3.867 − 1.467) ∗ 10−3 𝑚𝑠= 625 𝑚/𝑠
Podemos apreciar un descenso de la velocidad progresivo. Este descenso, es debido a
que la velocidad de la onda de choque se va amortiguando con el paso del tiempo a
medida que dicha onda avanza y se propaga por el aire.
71
Una vez que tenemos las velocidades que alcanza la onda de choque en cada tramo,
comparamos estos valores con los estimados por el UFC 3-340, para explosiones tipo
surface. La Figura 65, corresponde a la representación gráfica de los valores de velocidad
calculados y de los estimados por UFC 3-340.
Figura 65: Representación de los datos obtenidos por la CAV y los valores de referencia UFC 3-340
Los valores de velocidad media de choque, representados en la Figura 65, concuerdan
con los valores de referencia del UFC 3-340, exceptuando el primer punto que se
encuentra a una distancia de 2,25 m respecto de la carga.
La discrepancia en dicho punto puede ser debida a que la onda de choque todavía no se
ha compuesto a esa distancia.
72
La Figura 66 y la Figura 67 muestran la secuencia completa del desarrollo del ensayo
MV1. Las imágenes contenidas en ambas figuras son captadas por la cámara de alta
velocidad (CAV).
La primera secuencia de imágenes, Figura 66, corresponde a la detonación de la carga
explosiva y el inicio de la onda de choque.
Figura 66: Secuencia de la evolución del ensayo MV1 registrada por la CAV, parte 1
73
En la Figura 67 se muestra el avance de la onda de choque y, aunque no se puede apreciar
con mucha claridad, dicha onda se compone al producirse la superposición entre la onda
incidente y la reflejada (la cual es claramente visible en la superficie del terreno). Estas
imágenes junto con muchas otras registradas por la CAV nos permite calcular como se
mencionó anteriormente la velocidad media de la onda de choque, gracias a los blancos
colocados cada 1,5 m entre el muro y la carga.
Figura 67: Secuencia de la evolución del ensayo MV1 registrada por la CAV, parte 2
74
7. CONCLUSIONES
7.1 ENSAYO MV1
En el primer ensayo de muro de vidrio (MV1), se comparaba el efecto de un adhesivo
exterior sobre el muro cortina. Con una carga de 2 kg equivalentes de TNT a 9 metros de
distancia, unas presiones reflejadas que oscilan entre 8 y 13 psi (55 y 89 kPa) y unos
impulsos entre 15 psi*ms (103 kPa*ms) y 23 psi*ms (159 kPa*ms), tan solo se han
producido daños en la lámina de vidrio exterior. No hubo perforación y por tanto, no se
recogieron en ninguno de los dos boxes fragmentos de cristal.
Los daños sobre la capa exterior del muro de vidrio eran similares:
En el box A la mayor parte de los fragmentos de vidrio se encontraban a una
distancia ≤ 1 metro del muro, aunque algún fragmento alcanzó los 3 metros.
En el box B (con adhesivo Ultra S400) todos los fragmentos quedaron retenidos
en el adhesivo pegado en la cara exterior del muro cortina.
7.2 ENSAYO MV2
Con el segundo ensayo sobre muro cortina (MV2), se buscaba ver el efecto de un sistema
que no está diseñado inicialmente para protección ante explosiones.
Se situaron unas láminas metálicas ("kalzip") en la cara interna (Box A) y en la cara
externa (Box B) del muro cortina.
El nivel de daño sobre el vidrio fue similar en ambos muros, lo que implica que la luz de
la malla permite el paso de la onda de choque sin producir una amortiguación de la
misma apreciable.
En el box A (desprotegido por fuera), los fragmentos de vidrio se distribuyeron
principalmente en unas distancias ≤ 3 metros, habiendo fragmentos aislados que
superaban ligeramente dicha distancia.
En el box B, con el sistema kalzip anclado por fuera, se observó que todos los
fragmentos de vidrio quedan retenidos en el espacio comprendido entre el muro
cortina y la lámina metálica.
75
La distancia escalada en el ensayo MV2 era menor, ya que se acercó la carga 2 metros (2
kg de equivalente TNT a 7 metros) y por tanto las presiones a las que han sido sometidos
los dos muros de vidrio fueron mayores, entre 10 y 17 psi (69 y 117 kPa) y los impulsos
registrados oscilan entre 20 psi*ms (138 kPa*ms) en los extremos y 28 psi*ms (193
kPa*ms) en el centro.
Se puede concluir:
El muro cortina ha demostrado ser una configuración bastante resistente, no llegando
a atravesarse con choques de presión superior a 17 psi e impulsos superiores a 28
psi*ms.
El adhesivo, Ultra S400, situado en la cara exterior, ha funcionado perfectamente
reteniendo los fragmentos generados por el choque, reduciendo el riesgo de
proyecciones de material vidrioso, proporcionando al muro una mayor seguridad
frente a explosiones.
El sistema de mallado metálico anclado unos cm antes del muro cortina, no amortigua
de forma efectiva la onda de choque, pero si retiene perfectamente los fragmentos de
cristal. De manera que, no reduce el riesgo de que se produzcan proyecciones, pero
aumenta la seguridad al retener los fragmentos.
Por último, según la norma ISO 16933 ambos ensayos serían clase B, ya que no ha
habido perforación ni lanzamiento de cristales en el interior. Y según la norma GSA se
clasificarán como clase 2 y se considerarían como nivel de protección "muy alto".
Ninguno de los dos ensayos puede ser clasificado según la norma UNE mencionada, ya
que, la configuración del ensayo difiere de la descrita en dicha norma.
76
8. BIBLIOGRAFÍA
Department of Defense USA (2013). MINIMUM ANTITERRORISM STANDARDS
FOR BUILDINGS. UFC 4-010-01.
GSA, General Services Administration (2003). Standard Test Method for Glazing and
Window Systems Subject to Dynamic Overpressure Loadings.
ISO, International Organization for Standardization (2007). Glass in building --
Explosion-resistant security glazing -- Test and classification for arena air-blast
loading. ISO 16933:2007.
J. A. Sanchidrian & E. Muñiz (2000). Curso de Tecnología de Explosivos. Edit
Fundación Gómez Pardo.
Smith J.L., Lofton S.C. & Swatzell S.R.0 (1998). Safetydrape Blast Curtain. Test
Report ARA-TR-98-4626,1-2. Applied Researches Associates.
Trundle S. (2008). SEC08 Multi-ply Window Film and Gullwing Anchoring System
on Insulated Glass Unit. Test Report GDA/96-4664-1. ComBlast.
Trundle S. (2009). GLASS-GARD GGL800 Multi-ply Window Film and Wetglaze
Anchoring System on Sin. Test Report GDA/96-4777-4. ComBlast.
Referencias web:
-Distribuidor local de sistemas de láminas Ultra S400 ARLEX MADRID:
http://www.arlexmadrid3msolar.es/wp-content/uploads/2014/08/LS-y-P.-ULTRA-
S400.pdf
-Distribuidor de acelerómetros PCB PIEZOTRONICS:
http://www.pcb.com/Products.aspx?m=353B04
-Distribuidor de sistemas de adquisición de datos MREL BLASTING
INSRTUMENTION: http://www.mrel.com/blasting_instrumentation/datatrap.html
-Manual sobre la instalación de sistemas, de protección y seguridad, de bandejas
kalzip: http://www.kalzip.com/PDF/es/E-Kalzip_Fixing_manual.pdf
77
ANÁLISIS DE SISTEMAS DE
PROTECCIÓN Y SEGURIDAD DE
MUROS DE VIDRIO FRENTE A CARGAS
EXPLOSIVAS
DOCUMENTO Nº 2: ESTUDIO ECONÓMICO
78
En este documento se lleva a cabo un estudio económico sobre el coste total del
proyecto, el cual se obtiene al sumar todos los costes como muestra la Tabla 14
(desglosados a continuación) necesarios para llevar a cabo dicho proyecto.
ESTRUCTURA
El coste asumido por la construcción de los boxes incluye:
Material empleado.
Mano de obra necesaria.
Tiempo total para la construcción de la estructura completa.
Coste total de la estructura: 15.000 €
El coste de la estructura fue asumido por una empresa constructora participante en el
proyecto de investigación, de modo que el presente trabajo solo aporta el total del coste
sin desglosar.
MUROS CORTINA
El coste por los muros cortina o muros de vidrio, incluyendo el refuerzo de aluminio y
la instalación es de 2345,0 €/ud.
El coste por 4 unidades de muro cortina será:
4 * 2345,0 € = 9380,0 €.
Teniendo en cuenta que el IVA es un 21%:
9380,0 * 0,21 = 1969,8 €.
Por lo tanto, el coste total por los muros de vidrio:
9380,0 + 1969,8 = 11.349,8 €.
79
INSTRUMENTACIÓN
Cámara de alta velocidad CAV: 400 €/día.
Medidores de presión : 350 €/día.
Teniendo en cuenta que la duración de los ensayos fue de 2 días, el coste total por la
instrumentación será:
400 * 2 + 350 * 2 = 1500 €.
PERSONAL
Fue necesario contar con la presencia y el trabajo de 5 personas para el desarrollo y la
supervisión de los ensayos. De las 5 personas, 3 eran titulados y 2 no, por lo que según
los precios establecidos por el Instituto Tecnológico de Marañón, el coste de personal
supondrá:
Personal titulado: 50 €/hora.
Personal no titulado: 40 €/hora.
Como la duración de los ensayos fue de 2 días, y cada día de ensayo supuso 6 horas de
trabajo, el coste total de personal asciende a:
Titulado: 3 pers. * 50 €/hora * 2 días * 6 horas/día = 1.800 €.
No titulado: 2 pers. * 40 €/hora * 2 días * 6 horas/día =960 €.
Total: 2.760 €.
ANÁLISIS DE LOS DATOS Y ELABORACIÓN DEL INFORME
Una vez obtenidos los datos de campo, son estudiados y analizados para la posterior
elaboración de un informe. El coste es de 50 €/hora, suponiendo un tiempo de trabajo de
aproximadamente 6 horas/día durante dos meses, el total sería:
Análisis e informe: 50 €/hora * 360 horas = 18.000 €.
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La Tabla 14 recoge todos los costes explicados anteriormente junto con su procedencia,
así como el coste económico total de los ensayos.
Tabla 14: Coste total de los ensayos
Items Coste (€)
Estructura 15.000
Muros cortina 11.349,8
Instrumentación 1.500
Personal 2.760
Análisis de datos y elaboración del
informe 18.000
TOTAL 48.609,8 €
